采礦機械液壓系統失效原因分析及對策

焦瑞科

（山西高平科興牛山煤業有限公司，山西 高平 048400）

引言

隨著我國經濟的飛速發展，工業技術水平也在不斷的飛速發展，各種新技術，新方法開始大量應用于采礦機械設備中。由于液壓傳動技術具有小體積、易控制、并且大功率等優點，人們開始在采礦機械設備中大量應用液壓傳動系統。而井下礦山工作環境差，粉塵多、溫度高，很容易使液壓系統發生故障。如何在惡劣的環境下發揮液壓設備功效、降低故障率就成為迫在眉睫的問題。

1 采礦機械液壓系統失效原因分析

引起液壓系統失效的原因大致可以分為三類：污染、過熱和泡沫。這三類問題都對液壓系統的失效有著致命的影響，特別是污染現象導致的影響最為惡劣。任意一個方面出現問題，都會影響到液壓系統的正常運轉效率。下面主要針對這三個方面進行全面的分析和闡述［1］。

1.1 煤礦機械液壓系統污染的種類及其來源

導致液壓系統出現故障的主要污染源有固體污染物、液體污染物、氣體污染物。

1）固體污染物主要有粉塵、棉絨、鐵銹、水垢等，這些污染物主要是在由于清洗、修理和組裝不當從外部帶入液壓系統造成的。這些污染物一旦被帶入液壓系統后，會隨著液壓油的流動而流動，隨著時間的推移，日積月累沉淀下來的這些污染物很容易導致液壓系統發生阻塞。

2）液體污染物主要是一些氧化物、水、酸、可溶性和不可溶性添加劑的退化產品，以及各種清洗劑等。這些污染物很容易氧化腐蝕液壓系統的各種元件和零部件，導致這些元件和零部件發生損壞，以致整個機械系統出現癱瘓的狀態。其中水還很容易使液壓系統中的液壓發生稀釋，導致液壓油發生乳化變質，從而影響液壓油的潤滑和防腐防銹能力［2］。

3）氣體污染物主要是從大氣中混入的空氣或者從其他介質中混入的氣體，這些氣體往往是在液壓設備調試過程中，或者是液壓設備密封設備發生破壞時混入的。一旦液壓系統某個部位混入氣體后，會導致整個液壓系統的壓力發生變化，嚴重影響到液壓設備的動力和設備的穩定性。

1.2 液壓系統產生過熱的原因及后果

如果液壓系統溫度超出最高極限，會直接導致液壓系統的液壓油發生變質，會使液壓油變稠密，一旦液壓油發生變質會影響到液壓系統的填充材料和密封材料，會導致整個系統發生失效。液壓油的粘溫特性曲線詳見下頁圖1。除此之外若液壓系統長期工作在過熱的環境下，還會使液壓系統各個元件的老化速度加快，導致系統的使用壽命大大縮短，增加設備的維修保養費用。

液壓系統產生過熱的原因主要有液壓油的黏度和型號與液壓系統不匹配；液壓系統超負荷工作，液壓元件之間的磨損力加大；液壓油被污染，導致液壓油的油質發生變化，再者空氣的進入也是導致液壓系統產生過熱現象的重要原因［3］。

圖1 液壓油的粘溫特性曲線圖

液壓油黏度與溫度的關系為：

式中：v40溫度為40℃時液壓油的運動黏度，mm2／s；t為溫度，℃；n為指數。

從液壓油的粘溫特性曲線圖和液壓油黏度與溫度的關系式可知：隨著液壓油的溫度升高，液壓油的粘度會越來越低，這樣往往會造成液壓油的內部泄露增大，液壓的量會減少，潤滑效果降低會使液壓元件老化加快，整個液壓系統壽命縮短。

1.3 采礦液壓系統泡沫出現的原因

泡沫是液壓系統中進入空氣后，空氣和油產生混合后產生的。隨著時間的日積月累，大量的空氣和泡沫會結合產出油泡沫。如果液壓系統中，油泡沫過多，當油被壓縮時，由于油中已經混有大量的空氣，空氣也會收到壓縮，空氣受到壓縮后溫度會升高，就像發動機的缸體一樣，液壓系統會產生過熱現象。再者一旦液壓油中混入空氣后液壓油泵的容積能力會減少，系統達不到額定的動力。液體提供動力和所需要的能量關系為：

式中：W 為壓縮液體所需要的能量，J；p0為系統初始壓力，Pa；v0為壓縮前初始體積，m3；v為壓力為p時的體積，m3；dv為液體體積的被壓縮量；β為壓縮率。

從上式可知：油泡增多，能量損失W 會增大。

2 采礦液壓系統失效的解決對策

通過以上對采礦機械液壓系統失效原因的分析，便可根據這些失效原因，對癥下藥解決這些問題，具體的解決對策主要有以下幾點：

1）對影響液壓系統性能的污染物的定期清理。從前面的分析得知，污染物的侵入會對液壓系統產生嚴重的影響，針對此種情況在對液壓系統進行維修保養之際，必須對液壓設備的污染物滲入現象加以堅決清理，主要的應對措施便是要“勤”，要制定合理科學的清理計劃，其中在清理的過程中不但要對液體污染物加以清理，而且要對表面的固體污染物也要加以清理，以防這些固體污染物通過縫隙流入到整個液壓系統中，對整個系統造成破壞影響。

2）要定期更換液壓油。液壓油在惡劣的環境下很容易發生乳化和變質，影響到系統的正常運行。對于這樣的問題，工作維修人員要制定出合理的維修計劃，要定期對液壓系統的液壓油進行更換，以確保整個液壓系統不會由于液壓油的乳化或變質，造成整個液壓系統的失效。另外在更換液壓油的過程中，工作人員一定要把液壓系統中廢舊的液壓油清理干凈后再注入新油，嚴禁新油和舊油混搭使用，如果在更換液壓油的過程中發現機器元件部位有液壓油的沉淀物后一定要擦拭干凈或者用專用的清洗液清洗干凈后，方可注入新油。

3）要定期更換密封元件。密封元件是在整個液壓系統中防止液壓系統漏油的主要部件，由于它比較脆弱，很容易受到固體污染物或液壓系統高溫的影響出現損壞現象，一點液壓系統密封元件發生損壞時，會直接導致空氣進入整個液壓系統中，這樣不但會使整個液壓系統的動力減退，而且會進一步引起許多其他問題。在使用液壓系統的過程中，工作人員一定要定期地對液壓系統的密封部件進行定期的檢查，一旦發現有損壞的，一定要及時更換，以防止由于液壓系統密封問題而引起的液壓系統故障的進一步惡化［4］。

3 結語

通過系統分析能夠清晰地了解到導致系統出現失效現象的主要原因就是由于過熱現象、污染物現象、泡沫現象。而要切實有效地解決系統失效的問題主要從兩個方面進行入手：第一個方面就是針對系統工作失效的具體原因來處理。定期對液壓系統污染物進行清理，及時更換液壓油密封件，避免液壓系統中污染物造成堵塞現象或者是由于填料以及氣體的進入而引發失效現象；第二個方面就是強化系統的維護、保養，定期進行檢查，第一時間發現問題所在，從而解決問題。

［1］ 韓文欽，周金宇，孫奎洲.失效模式相關的機械結構可靠性的 Copu－la分析方法［J］.中國機械工程，2011（3）：50－51.

［2］ 樊懷磊.DW型礦用單體液壓支柱密封結構的改進［J］.中州煤炭，2009（2）：30－31.

［3］ 朱志堅，米特哈特.氣泡對液壓系統的危害及防范措施［J］.液壓與氣動，2002（1）：40－41.

［4］ 劉天順，鄒光瑞.淺談液壓油的污染與過濾［J］.山西機械，2001（4）：80－81.